CN107884059B - 一种光纤激光水听器光路结构及信号解调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光纤激光水听器光路结构及信号解调方法。其中，该结构包括泵浦激光器、波分复用器、光纤激光水听器、隔离器、非平衡迈克尔逊干涉仪、光电探测器、模数转换器和数字调制解调模块；其中，非平衡迈克尔逊干涉仪将携带有外界声信号的光信号进行载波调制得到携带有外界声信号的干涉光信号，光电探测器将携带有外界声信号的干涉光信号转换为携带有外界声信号的模拟电信号，并将模拟电信号传输给模数转换器，模数转换器将模拟电信号转换成数字电信号并将数字电信号输入至数字调制解调模块进行信号解调，得到外界声信号对应的信息。本发明使得制作工艺简单，抗噪能力强，实时性好，便于光纤激光水听器的大规模复用。

Description

一种光纤激光水听器光路结构及信号解调方法
技术领域
本发明涉及光纤水听器领域，具体涉及一种光纤激光水听器光路结构及信号解调方法。
背景技术
光纤激光水听器既具有光栅传感器波长编码、抗干扰能力强、探头尺寸小、易于波分复用的优点，又具有相位干涉型传感器灵敏度极高的优点，因此引起国内外科学家的密切关注。在军用方面，光纤激光水听器可以成为一种新型水听器，用于舰艇监测等；经稍加改装后，光纤激光水听器可以应用于民用，如油田勘探、海洋河流资源开发和地震监测环境噪声评估。光纤激光器水听器对环境微扰的高响应度等诸多优点满足光纤声波探测的发展趋势，从而备受声波探测领域的关注，有望成为新一代高灵敏度的光纤传感器件。
光纤激光器水听器是以刻在光纤上的激光器谐振腔作为传感单元，声压信号作用在光纤激光器谐振腔上，使得谐振腔长度和介质折射率发生变化，从而使得激光器输出激光波长发生变化，通过测量激光波长的变化可获得作用在光纤激光器谐振腔上的声压信号。在众多测量光波长的方法中，由于干涉法测量精度最高，最适合声信号作用在光纤激光器水听器谐振腔上导致的极微小波长变化的测量。目前，干涉法测量波长变化常用的结构是非平衡马赫-曾德干涉仪，但此干涉仪具有一定的局限性：非平衡马赫-曾德干涉仪需要两个耦合器，对于小型化光纤激光水听器工艺设计带来了挑战；非平衡马赫-曾德干涉仪结构不带有法拉第旋转镜，无法有效消除光信号的偏振衰落。
干涉法测量波长变化的干涉仪将波长变化转变成光强信号，并通过光电探测器转变成电信号，最后采用信号处理算法得到波长变化，最终得到作用在光纤激光水听器的声信号大小。目前，采用信号处理算法有模拟电路形式、模拟电路和数字电路相结合形式、数字电路DSP形式等。这些信号处理算法同样具有一定的局限性：模拟电路形式一致性较差，抗干扰能力差，信号延迟时间不易控制；模拟电路和数字电路相结合形式在采用模拟电路产生倍频信号时，容易出现基频信号，采用模拟电路不容易滤除，并影响最后解调结果；数字电路DSP形式中DSP受硬件结构条件限制，串行运算，实时性较差，不利于光纤激光水听器的大规模复用。
发明内容
本发明解决的技术问题是：相比于现有技术，提供了一种光纤激光水听器光路结构及信号解调方法，使得制作工艺简单，便于工程实用化；同时抗噪能力强，实时性好，便于光纤激光水听器的大规模复用。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一方面，本发明提供了一种光纤激光水听器光路结构，包括：泵浦激光器、波分复用器、光纤激光水听器、隔离器、非平衡迈克尔逊干涉仪、光电探测器、模数转换器和数字调制解调模块；其中，泵浦激光器输出的连续光通过尾纤进入波分复用器的输入端，经波分复用器的公共端进入光纤激光水听器；外界声波信号对光纤激光水听器进行波长调制，使得光纤激光水听器反射的光信号携带有外界声信号，并进入波分复用器，经波分复用器的输出端进入隔离器的一端，由隔离器的另一端进入非平衡迈克尔逊干涉仪，非平衡迈克尔逊干涉仪将携带有外界声信号的光信号进行载波调制得到携带有外界声信号的干涉光信号，并将携带有外界声信号的干涉光信号输入至光电探测器，光电探测器将携带有外界声信号的干涉光信号转换为携带有外界声信号的模拟电信号，并将模拟电信号传输给模数转换器，模数转换器将模拟电信号转换成数字电信号并将数字电信号输入至数字调制解调模块进行信号解调，得到外界声信号对应的信息。
上述光纤激光水听器光路结构中，还包括数字频率合成器和运算放大器；其中，所述数字频率合成器与所述运算放大器相连接；所述数字调制解调模块将预设的载波调制频率对应的控制信号输入至所述数字频率合成器，所述数字频率合成器根据控制信号输出对应频率的模拟电信号至所述运算放大器，所述运算放大器将模拟电信号放大后输入至所述非平衡迈克尔逊干涉仪实现载波调制。
上述光纤激光水听器光路结构中，所述非平衡迈克尔逊干涉仪包括光纤延时环、耦合器、缠绕在压电陶瓷环的光纤环、第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜；其中，缠绕在压电陶瓷环的光纤环分为两端，一端与耦合器连接，另一端与第一法拉第旋转镜连接；所述运算放大器输出端与缠绕在压电陶瓷环的光纤环的压电陶瓷环连接；所述运算放大器输出的模拟电信号驱动缠绕在压电陶瓷环的光纤环的压电陶瓷环，实现光信号的载波调制；所述隔离器输出的光信号进入耦合器后，分为两路光，一路光信号经光纤延时环经光纤延时环到达第二法拉第旋转镜后再反射回耦合器；另一路光信号经缠绕在压电陶瓷环的光纤环到达第一法拉第旋转镜后再反射回耦合器；在耦合器内两路反射光产生干涉，形成载波调制的携带有外界声信号的干涉光信号。
上述光纤激光水听器光路结构中，还包括同步晶振；其中，所述同步晶振分别与所述数字调制解调模块、所述数字频率合成器相连；所述同步晶振用于向所述数字调制解调模块和所述数字频率合成器提供同步时钟。
上述光纤激光水听器光路结构中，泵浦激光器的波长为980nm，功率为150mW。
另一方面，本发明还提供了一种基于数字调制解调模块的信号解调方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：数字调制解调模块接收数字电信号Ys；根据数字电信号Ys产生与载波调制频率同频的参考信号Yr与倍频信号Y2r；将参考信号Yr与倍频信号Y2r分别与数字电信号Ys相乘，并进行低通滤波得到信号表达式Y1LP和信号表达式Y2LP；将信号表达式Y1LP进行微分得到信号表达式Y1d，将信号表达式Y2LP进行微分得到信号表达式Y2d；将信号表达式Y1d与信号表达式Y2LP交叉相乘得到信号表达式Ycross1，将信号表达式Y2d与信号表达式Y1LP交叉相乘得到信号表达式Ycross2；信号表达式Ycross1与信号表达式Ycross2相减得到信号表达式Ysub；对信号表达式Ysub积分得到信号表达式Yinteg；对信号表达式Yinteg进行高通滤波解调得到外界声信号。
上述基于数字调制解调模块的信号解调方法中，数字电信号Ys为：
Figure BDA0001447913190000042
Figure BDA0001447913190000041
其中，ω0为载波调制频率，A为直流分量，B为交流电压幅值，
Figure BDA0001447913190000045
为外界声信号，
Figure BDA0001447913190000043
为噪声信号，
Figure BDA0001447913190000044
为***初相位，C为调制深度。
上述基于数字调制解调模块的信号解调方法中，参考信号Yr为：Yr＝cosω0t；倍频信号Y2r为：Y2r＝cos2ω0t；信号表达式Y1LP为：
Figure BDA0001447913190000046
信号表达式Y2LP为：
Figure BDA0001447913190000047
其中，J1(C)为一阶贝赛尔函数，J2(C)为二阶贝赛尔函数。
上述基于数字调制解调模块的信号解调方法中，信号表达式Y1d为：
Figure BDA0001447913190000049
信号表达式Y2d为：
Figure BDA0001447913190000048
信号表达式Ycross1为：
Figure BDA00014479131900000410
信号表达式Ycross2为：
Figure BDA00014479131900000411
上述基于数字调制解调模块的信号解调方法中，信号表达式Ysub为：
Figure BDA00014479131900000413
Figure BDA00014479131900000412
信号表达式Yinteg为：
Figure BDA00014479131900000414
外界声信号为
Figure BDA00014479131900000415
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明采用迈克尔逊干涉仪结构测量波长，该结构只有一个耦合器，在光纤激光水听器制作工艺上较为简单，并且两个法拉第旋转镜有助于消除光信号的偏振衰落，同时法拉第旋转镜成本大大降低，更有利于工程的实用化。
(2)本发明采用数字电路实现信号处理算法，抗噪能力强，电路结构简单，工作准确可靠，精度高，便于集成。
(3)本发明采用FPGA进行信号处理，并行运算，实时性好，编程灵活性强，可移植性好，能够进行多次编程、除错、再编程和重复操作，现场编程能力强，大大延长产品的市场寿命。
(4)本发明便于光纤激光水听器大规模复用，在复用时，只需更改很少的器件，同时并不影响其它器件的工作性能，大大降低了***成本，提高了***的生存能力。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的光纤激光水听器光路结构的示意图；
图2是本发明实施例提供的光纤激光水听器光路解调方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
装置实施例：
图1示出了本发明实施例提供的光纤激光水听器光路结构图。如图1所示，该光纤激光水听器光路结构包括980nm泵浦激光器1、波分复用器2、光纤激光水听器3、隔离器4、非平衡迈克尔逊干涉仪5、光电探测器11、模数转换器12和数字调制解调模块13。具体实施时，980nm泵浦激光器1功率为150mW。其中，
980nm泵浦激光器1输出的连续光通过尾纤进入波分复用器2的980nm输入端，经波分复用器2的公共端进入光纤激光水听器3。具体的，通过有机增敏封装，提高光纤激光水听器的灵敏度。
外界声波信号对作用在光纤激光水听器3进行波长调制，使得光纤激光水听器3反射的光信号携带有外界声信号，并进入波分复用器2，经波分复用器2的1550nm端进入隔离器4的正向输入端，由隔离器4的另一端进入非平衡迈克尔逊干涉仪5，非平衡迈克尔逊干涉仪5将携带有外界声信号的光信号进行载波调制，并将干涉光信号输入至光电探测器11，光电探测器11将携带有外界声信号的干涉光信号转换为携带有外界声信号的模拟电信号，模拟电信号经光电探测器11进入模数转换器12，模数转换器12将模拟电信号转换成数字电信号，经模数转换器12将数字电信号输入至数字调制解调模块13进行信号解调，得到外界声信号对应的信息。
上述实施例中，如图1所示，该一种光纤激光水听器光路结构及解调***还包括数字频率合成器14和运算放大器16。具体的，数字频率合成器建议选用Analog Device公司的AD9850。其中，
数字频率合成器14输出端与运算放大器16相连接；
数字调制解调模块13在时钟信号控制下，将预设的载波调制频率对应的控制信号输入至数字频率合成器14，数字频率合成器14根据数字控制信号输出对应的电流信号，并经电流-电压转换电路输出模拟电信号至运算放大器16，运算放大器16将模拟电信号反向放大后输入至非平衡迈克尔逊干涉仪5实现载波调制。具体的，数字控制信号对应的调制频率可调，以满足不同频率的载波调制，同时为保证信号具有较高的信噪比，调制频率至少大于声波最大频率的10倍。选用运算放大器16时，其增益带宽积需满足实际使用条件，避免因电信号失真引起载波调制的不稳定，进而导致最终解调声信号信息错误。
上述实施例中，如图1所示，非平衡迈克尔逊干涉仪5包括光纤延时环6、耦合器7、缠绕在压电陶瓷环的光纤环8、法拉第旋转镜9和法拉第旋转镜10。具体实施时，非平衡迈克尔逊干涉仪置于隔音隔振的环境中，并且臂长差为15m。其中，
缠绕在压电陶瓷环的光纤环8分为两端，一端与耦合器7连接，另一端与法拉第旋转镜9连接；
运算放大器16输出端与缠绕在压电陶瓷环的光纤环8的压电陶瓷环连接；
运算放大器16输出的模拟周期电信号驱动缠绕在压电陶瓷环的光纤环8的压电陶瓷环，实现光信号的载波调制。具体实施时，压电陶瓷环需尽量远离热源，并避免剧烈碰撞，以免减低压电陶瓷的压电效应，导致载波调制深度不稳定。
隔离器4输出的光信号进入耦合器7后，分为两路光，一路光信号经光纤延时环6到达法拉第旋转镜10后反射回耦合器7；另一路光信号经缠绕在压电陶瓷环的光纤环8到达法拉第旋转镜9后反射回耦合器7；在耦合器7内两路反射光产生干涉，形成载波调制的携带有外界声信号的干涉光信号。
上述实施例中，如图1所示，该光纤激光水听器光路结构还包括同步晶振14；其中，
同步晶振14与数字调制解调模块13、数字频率合成器14相连；
同步晶振14用于向数字调制解调模块13和数字频率合成器14提供同步时钟。具体实施时，同步晶振14需尽可能靠近数字调制解调模块13和数字频率合成器14，可以有效降低噪声干扰。
方法实施例：
本实施例还提供了一种基于数字调制解调模块的信号解调方法，该方法包括以下步骤：
数字调制解调模块13接收数字电信号Ys；
根据数字电信号Ys产生与载波调制频率同频的参考信号Yr与倍频信号Y2r；
将参考信号Yr与倍频信号Y2r分别与数字电信号Ys相乘，并进行低通滤波得到信号表达式Y1LP和信号表达式Y2LP；
将信号表达式Y1LP进行微分得到信号表达式Y1d，将信号表达式Y2LP进行微分得到信号表达式Y2d；
将信号表达式Y1d与信号表达式Y2LP交叉相乘得到信号表达式Ycross1，将信号表达式Y2d与信号表达式Y1LP交叉相乘得到信号表达式Ycross2；
信号表达式Ycross1与信号表达式Ycross2相减得到信号表达式Ysub；
对信号表达式Ysub积分得到信号表达式Yinteg；
对信号表达式Yinteg进行高通滤波解调得到外界声信号。
上述实施例中，如图1所示，数字调制解调模块13由高速数字处理***构成，以FPGA为例。具体实施时，选用FPGA为定点型。所述FPGA实现两个功能：1)输出调制频率所需的控制信号；2)基于微分交叉相乘解调算法，求解出水声信号。
上述实施例中，如图1所示，FPGA具有输出调制频率所需控制信号的功能；所述的方法包括以下步骤：
1)在FPGA内部建立查找表，并在查找表内存储调制频率对应的数字量；
2)FPGA输出调制频率对应的数字量以及时钟信号等数字控制信号至所述数字频率合成器14；
3)数字频率合成器14根据数字控制信号输出对应频率的模拟电信号至运算放大器16；
4)运算放大器16将模拟电信号反向放大后输入至非平衡迈克尔逊干涉仪5，缠绕在压电陶瓷环的光纤环8的压电陶瓷环在周期模拟电信号驱动下周期性振动，引起缠绕在压电陶瓷环的光纤环8的长度和折射率发生改变，因此实现光信号的载波调制。
上述实施例中，如图1所示，FPGA基于微分交叉相乘解调算法，解调出水声信号。具体实施时，解调程序所需的变量为有符号数。结合图2描述解调步骤：
1)由光电探测器11输出的模拟电信号经模数转换器12变成数字电信号，信号表达式为：
Figure BDA0001447913190000091
其中，ω0为载波调制频率，A为直流分量，B为交流电压幅值，
Figure BDA0001447913190000092
为外界声信号，
Figure BDA0001447913190000093
为噪声信号，
Figure BDA0001447913190000094
为***初相位，C为调制深度。
模数转换器12将数字电信号Ys输入至数字调制解调模块13进行信号解调。
2)数字调制解调模块13产生与载波调制频率同频的参考信号Yr以及倍频参考信号Y2r，信号表达式分别为：
Yr＝cosω0t；
Y2r＝cos2ω0t；
其中，ω0为与载波调制频率同频的参考信号的频率，2ω0为参考信号的倍频。
3)将上述两式分别与1)中Ys相乘，并进行低通滤波得到信号表达式：
Figure BDA0001447913190000095
Figure BDA0001447913190000096
其中，J1(C)为一阶贝赛尔函数，J2(C)为二阶贝赛尔函数。
4)将上述两式分别进行微分，得到信号表达式：
Figure BDA0001447913190000097
Figure BDA0001447913190000098
5)将3)中两式和4)中两式交叉相乘，得到信号表达式：
Figure BDA0001447913190000099
Figure BDA00014479131900000910
6)上述两式相减，得到信号表达式：
Figure BDA00014479131900000911
7)对上式进行积分，得到信号表达式：
Figure BDA00014479131900000912
8)对Yinteg进行高通滤波，滤去
Figure BDA00014479131900000913
噪声信号等慢变信号，解调得到外界声信号
Figure BDA0001447913190000101
本发明以迈克尔逊干涉仪结构测量波长，该结构只有一个耦合器和两个法拉第旋转镜，在光纤激光水听器制作工艺上较为简单，同时两个法拉第旋转镜有助于消除光信号的偏振衰落，再加上法拉第旋转镜成本大大降低，更有利于工程的实用化；并且本发明采用FPGA数字电路实现信号处理算法，编程灵活性强，能够进行多次编写，可移植性好，实时性好，抗噪能力强，电路结构简单，工作准确可靠，精度高，便于集成；并且本发明便于光纤激光水听器大规模复用，在复用时，只需更改很少的器件，同时并不影响其它器件的工作性能，大大降低了***成本，提高了***的生存能力。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于光纤激光水听器光路结构的数字调制解调模块的信号解调方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
数字调制解调模块(13)接收数字电信号Ys；
根据数字电信号Ys产生与载波调制频率同频的参考信号Yr与倍频信号Y2r；
将参考信号Yr与倍频信号Y2r分别与数字电信号Ys相乘，并进行低通滤波得到信号表达式Y1LP和信号表达式Y2LP；
将信号表达式Y1LP进行微分得到信号表达式Y1d，将信号表达式Y2LP进行微分得到信号表达式Y2d；
将信号表达式Y1d与信号表达式Y2LP交叉相乘得到信号表达式Ycross1，将信号表达式Y2d与信号表达式Y1LP交叉相乘得到信号表达式Ycross2；
信号表达式Ycross1与信号表达式Ycross2相减得到信号表达式Ysub；
对信号表达式Ysub积分得到信号表达式Yinteg；
对信号表达式Yinteg进行高通滤波解调得到外界声信号；其中，
数字电信号Ys为：
Figure FDA0002816407520000011
其中，ω0为载波调制频率，A为直流分量，B为交流电压幅值，
Figure FDA0002816407520000012
为外界声信号，
Figure FDA0002816407520000013
为噪声信号，
Figure FDA0002816407520000014
为***初相位，C为调制深度；
参考信号Yr为：Yr＝cosω0t；倍频信号Y2r为：Y2r＝cos2ω0t；信号表达式Y1LP为：
Figure FDA0002816407520000015
信号表达式Y2LP为：
Figure FDA0002816407520000016
其中，J1(C)为一阶贝赛尔函数，J2(C)为二阶贝赛尔函数；
信号表达式Y1d为：
Figure FDA0002816407520000017
信号表达式Y2d为：
Figure FDA0002816407520000018
信号表达式Ycross1为：
Figure FDA0002816407520000019
信号表达式Ycross2为：
Figure FDA00028164075200000110
信号表达式Ysub为：
Figure FDA00028164075200000111
信号表达式Yinteg为：
Figure FDA00028164075200000112
Figure FDA0002816407520000021
外界声信号为
Figure FDA0002816407520000022
其中，
所述数字调制解调模块(13)为定点型FPGA，所述数字调制解调模块(13)具有输出调制频率所需控制信号的方法，该方法包括以下步骤：
1)在FPGA内部建立查找表，并在查找表内存储调制频率对应的数字量；
2)FPGA输出调制频率对应的数字量以及时钟信号的数字控制信号至所述数字频率合成器(14)；
3)数字频率合成器(14)根据数字控制信号输出对应频率的模拟电信号至运算放大器(16)；
4)运算放大器(16)将模拟电信号反向放大后输入至非平衡迈克尔逊干涉仪(5)，缠绕在压电陶瓷环的光纤环(8)的压电陶瓷环在周期模拟电信号驱动下周期性振动，引起缠绕在压电陶瓷环的光纤环(8)的长度和折射率发生改变，因此实现光信号的载波调制；其中，
所述光纤激光水听器光路结构包括：泵浦激光器(1)、波分复用器(2)、光纤激光水听器(3)、隔离器(4)、非平衡迈克尔逊干涉仪(5)、光电探测器(11)、模数转换器(12)和数字调制解调模块(13)；其中，
泵浦激光器(1)输出的连续光通过尾纤进入波分复用器(2)的输入端，经波分复用器(2)的公共端进入光纤激光水听器(3)；
外界声波信号对光纤激光水听器(3)进行波长调制，使得光纤激光水听器(3)反射的光信号携带有外界声信号，并进入波分复用器(2)，经波分复用器(2)的输出端进入隔离器(4)的一端，由隔离器(4)的另一端进入非平衡迈克尔逊干涉仪(5)，非平衡迈克尔逊干涉仪(5)将携带有外界声信号的光信号进行载波调制得到携带有外界声信号的干涉光信号，并将携带有外界声信号的干涉光信号输入至光电探测器(11)，光电探测器(11)将携带有外界声信号的干涉光信号转换为携带有外界声信号的模拟电信号，并将模拟电信号传输给模数转换器(12)，模数转换器(12)将模拟电信号转换成数字电信号并将数字电信号输入至数字调制解调模块(13)进行信号解调，得到外界声信号对应的信息；其中，
所述非平衡迈克尔逊干涉仪(5)包括光纤延时环(6)、耦合器(7)、缠绕在压电陶瓷环的光纤环(8)、第一法拉第旋转镜(9)和第二法拉第旋转镜(10)；其中，
缠绕在压电陶瓷环的光纤环(8)分为两端，一端与耦合器(7)连接，另一端与第一法拉第旋转镜(9)连接；
运算放大器(16)输出端与缠绕在压电陶瓷环的光纤环(8)的压电陶瓷环连接；
所述运算放大器(16)输出的模拟电信号驱动缠绕在压电陶瓷环的光纤环(8)的压电陶瓷环，实现光信号的载波调制；
所述隔离器(4)输出的光信号进入耦合器(7)后，分为两路光，一路光信号经光纤延时环(6)经光纤延时环(6)到达第二法拉第旋转镜(10)后再反射回耦合器(7)；另一路光信号经缠绕在压电陶瓷环的光纤环(8)到达第一法拉第旋转镜(9)后再反射回耦合器(7)；
在耦合器(7)内两路反射光产生干涉，形成载波调制的携带有外界声信号的干涉光信号；
还包括数字频率合成器(14)和运算放大器(16)；其中，
所述数字频率合成器(14)与所述运算放大器(16)相连接；
所述数字调制解调模块(13)将预设的载波调制频率对应的控制信号输入至所述数字频率合成器(14)，所述数字频率合成器(14)根据控制信号输出对应频率的模拟电信号至所述运算放大器(16)，所述运算放大器(16)将模拟电信号放大后输入至所述非平衡迈克尔逊干涉仪(5)实现载波调制；
还包括同步晶振(15)；其中，
所述同步晶振(15)分别与所述数字调制解调模块(13)、所述数字频率合成器(14)相连；
所述同步晶振(15)用于向所述数字调制解调模块(13)和所述数字频率合成器(14)提供同步时钟；
泵浦激光器(1)的波长为980nm，功率为150mW。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109186737A (zh) * 2018-07-20 2019-01-11 北京航天控制仪器研究所 一种干涉式光纤水听器光路***及其声波信号检测方法
CN109211394B (zh) * 2018-10-30 2021-03-26 北京航天控制仪器研究所 一种调制解调器及光纤激光水听器
CN109781240B (zh) * 2019-01-30 2021-03-09 武汉理工大学 基于双波长回归分析的光纤振动传感器相位解调装置与方法
CN110146155A (zh) * 2019-05-13 2019-08-20 北京航天控制仪器研究所 一种大动态范围、高灵敏度的光纤激光水听器***
CN110160627A (zh) * 2019-05-31 2019-08-23 太原理工大学 迈克尔逊干涉与相位敏感光时域反射的光纤声音传感***
CN111715995B (zh) * 2020-06-22 2022-04-12 深圳市创鑫激光股份有限公司 一种激光加工头的调整方法和激光加工头
CN111693133B (zh) * 2020-06-24 2022-04-15 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 光纤水听器光程差测试装置、方法、计算机设备
CN114509153A (zh) * 2022-02-24 2022-05-17 福州大学 一种光学相干振动测量***的处理***
CN114826408B (zh) * 2022-06-27 2022-09-02 中国人民解放军国防科技大学 一种光纤水听器远程全光传输***及其设计方法
CN115235602B (zh) * 2022-07-15 2023-06-23 中国人民解放军海军工程大学 可降噪的分布反馈式光纤激光水听器解调干涉仪及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0526286A1 (fr) * 1991-07-30 1993-02-03 Thomson-Csf Procédé de transmission par fibre optique d'un signal issu d'un capteur notamment d'un hydrophone
DE19828498C2 (de) * 1998-06-26 2001-07-05 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zum Messen von Unwuchten rotierender Körper und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
CN101231367A (zh) * 2007-01-24 2008-07-30 中国科学院半导体研究所 高分辨率波长解调***及其解调方法
CN101563917A (zh) * 2006-12-06 2009-10-21 汤姆森特许公司 用来处理源画面序列的方法与设备

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102147552A (zh) * 2011-03-11 2011-08-10 大连理工大学 一种基于非平衡干涉仪的光纤光栅解调***及其解调方法
CN103208161B (zh) * 2013-03-19 2016-02-03 石家庄供电公司 有源探测型光纤光栅电缆隧道安防监控***
CN103175849B (zh) * 2013-04-17 2015-04-15 黑龙江大学 光纤在线车辆轴承故障检测装置
CN203551102U (zh) * 2013-10-09 2014-04-16 山东省科学院激光研究所 一种变压器光纤光栅振动波谱在线监测***
CN104181635B (zh) * 2014-08-15 2017-02-22 山东省科学院激光研究所 光强分布式解调***及分布式传感光纤
CN106992818B (zh) * 2017-06-05 2023-04-25 吉林大学 一种基于相位程控的相位生成载波解调装置及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0526286A1 (fr) * 1991-07-30 1993-02-03 Thomson-Csf Procédé de transmission par fibre optique d'un signal issu d'un capteur notamment d'un hydrophone
DE19828498C2 (de) * 1998-06-26 2001-07-05 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zum Messen von Unwuchten rotierender Körper und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
CN101563917A (zh) * 2006-12-06 2009-10-21 汤姆森特许公司 用来处理源画面序列的方法与设备
CN101231367A (zh) * 2007-01-24 2008-07-30 中国科学院半导体研究所 高分辨率波长解调***及其解调方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
干涉型光纤传感器相位漂移的无源解决方法;王泽锋 等;《中国激光》;20071031;第34卷(第10期);第1417-1421页 *

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